超聲改性水玻璃及水玻璃型（芯）砂性能的改善

劉凡

（陜西重型機械制造有限公司 陜西 西安 710032）

0 前言

由于水玻璃砂具有造型精度高，價格較低，來源廣，使用方便，無環(huán)境污染等優(yōu)點，在鑄鋼件及鑄鐵件的生產(chǎn)中，水玻璃具有廣泛的應用。但是，水玻璃砂的潰散性差，即時強度低及再生效果差、嚴重阻礙了其應用范圍的擴大。70年代末，國內外學者就對水玻璃的化學改性進行了大量研究，取得了一定進展，但依靠化學改性并不能完全解決水玻璃砂所存在的問題。近年來國內研究表明，對于水玻璃進行超聲改性，能提高σ干拉，但對于水玻璃砂的其他性能究竟影響怎樣？合適的超聲處理時間怎樣？在改性基礎上加入附加物對其性能有何影響，均未見報導，對此進行研究，有一定現(xiàn)實意義。

1 試驗條件及測量指標

圖1 水玻璃超生改性裝置簡圖

1.1 水玻璃的超聲處理

將超聲波發(fā)生器的磁玫伸縮桿直接插入盛有水玻璃的容器中（見圖1），超聲波頻率范圍為16~20kHz，功率為30W，盛有水玻璃的容器、每次處理水玻璃的量固定；用改性水玻璃配制水玻璃砂，制樣、測量其性能。

1.2 測量指標及測試方法

1.2.1 濕強度：測定σ濕壓、σ濕拉，反映常溫自然硬化場合下的造型性能，統(tǒng)一測量常溫下放置5小時的性能。

1.2.2 干強度：測定σ干壓、σ干拉、σ干剪，測量試樣在預熱250℃的烘爐中，保溫1小時冷卻后的性能。

1.2.3 潰散性能：以試樣在1000℃的烘爐中，保溫半小時冷卻至室溫的高溫殘留抗壓強度σ殘壓表示，并實澆鑄件，以清砂結果為根據(jù)實驗。

σ干壓采用萬能液壓試驗機測定，其它性能采用SQY液壓強度試驗儀測定。

1.3 制樣

采用三錘緊實法制作標準試樣。測量三個試樣值，取算數(shù)平均值代表測量性能值。

1.4 原材料

原砂用大林4S55/100（O—口）擦洗砂，水玻璃：模數(shù)2.4，比重1.41g/cm3。

2 實驗結果及分析

2.1 水玻璃超聲處理時間的確定

圖2 水玻璃砂的性能與超聲處理時間的關系

圖2是不同超聲處理時間下，原砂100%+水玻璃8%+水5%配制的水玻璃砂的各種性能測量結果，由圖可見：

2.1.1 水玻璃的合適超聲處理時間為60分鐘，在該時間下，與未改性水玻璃砂相比，超聲處理使水玻璃砂濕強度提高顯著，同時也能使水玻璃砂的干強度提高。對于σ干拉提高30%，σ干壓提高41%，σ干剪提高50%。

2.1.2 超聲處理可使水玻璃砂的高溫殘留強度降低 30%~ 40%，從而改善其潰散性。

分析：超聲處理使水玻璃砂濕強度及干強度提高是由于：

（1）超聲處理可使水玻璃縮聚的聚硅酸膠粒重新解聚，使水玻璃的粘度降低，型砂混合均勻性增強，消除了水玻璃的老化現(xiàn)象。

（2）超聲處理，可活化水玻璃與砂粒的接觸表面，降低水玻璃的表面張力。超聲處理對水玻璃砂潰散性能的改善的原因，尚待進一步研究。

2.2 超聲處理情況下，水玻璃用量與型砂性能的關系。

圖3 超聲處理60分水玻璃加入量對型砂性能的影響

2.2.1 水玻璃經(jīng)超聲處理，可使型砂中水玻璃的加入量減少，在水玻璃加入量為6%的情況下，干拉強度與未改性的水玻璃砂8%的用量接近，但濕強度及潰散性能均有效大幅度改善。

2.2.2 在滿足σ干壓≥8kg/cm2的條件下，以σ干拉、σ濕壓、σ殘為比較指標，經(jīng)超聲改性，可使水玻璃用量進一步降至4%左右，與未改性水玻璃加入量為8%的水玻璃砂相比，濕強度提高4倍，高溫殘留強度可降低8%左右。

2.2.3 減少水玻璃加入量，可大幅度降低其高溫殘留強度，是提高水玻璃砂潰散性能的主要途徑。

2.3 附加物對改性水玻璃砂的性能的影響

表1 附加物對水玻璃砂性能的影響

表1是在型砂配方為100%原砂+6%水玻璃+5%水、水玻璃超聲處理時間為1小時條件下，加入粘土附加物的性能對比情況。由表1可見，在其他條件相同情況下：

2.3.1 加入膨潤土等附加物對性能的影響與水玻璃不經(jīng)超聲處理的情況基本相同，可使?jié)駨姸仍黾?，殘留強度降低，但干強度下降。其原因是粉料的加入在濕態(tài)起一定粘結作用，但在干態(tài)由于破壞了砂粒表面層硅酸膜的連續(xù)性，減少水玻璃“粘結橋”的面積，從而σ干下降，σ殘下降。

2.3.2 加入磁化水，其他性能變化不大，但使型砂殘留強度降低，其原因尚待進一步研究。

3 結論

3.1 型砂強度

在其他條件相同的情況下，經(jīng)超聲改性后的水玻璃砂濕強度提高顯著，干強度提高30%~50%，高溫殘留強度降低40%。

3.2 超聲處理時間

在本實驗條件下，超聲處理時間的合適時間為1小時左右。

3.3 水玻璃用量

經(jīng)超聲處理，在滿足生產(chǎn)條件下，可使水玻璃用量由8%降至4%，此時水玻璃砂的濕強度適宜，潰散性能顯著改善。降低水玻璃用量是提高水玻璃砂潰散性能的主要途徑。

3.4 其它添加劑的作用

超聲改性水玻璃砂，加入膨潤土可提高濕強度，潰散性，但干強度降低。加入磁化水可提高潰散性。這）些可根據(jù)不同使用場合合理選用。

［1］程寬中，等.改性水玻璃砂潰散性的研究和生產(chǎn)實踐[J].鑄造，1984（4）：19－23.

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［3］謝祖錫.水玻璃的超聲改性及水玻璃砂性能的改善[J].鑄造，1991（7）：31－33.

［4］昆明工學院.造型材料[M].昆明：云南人民出版社，1978.

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